提高路面基層壓實(shí)度對(duì)回彈模量及結(jié)構(gòu)層厚度的影響分析

陳俊仟

（固安縣交通運(yùn)輸局公路管理站,河北固安 065500）

提高路面基層壓實(shí)度對(duì)回彈模量及結(jié)構(gòu)層厚度的影響分析

陳俊仟

（固安縣交通運(yùn)輸局公路管理站,河北固安 065500）

通過工程實(shí)踐與設(shè)計(jì)原理，總結(jié)分析路面基層的受力特點(diǎn)，闡述通過技術(shù)手段提高基層壓實(shí)度，有利于提高路面結(jié)構(gòu)層的回彈模量和降低允許彎沉值，很大程度上可抵抗車輪荷載的抗彎拉能力，同時(shí)可延長(zhǎng)新建公路的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性及使用耐久性。

基層壓實(shí)度;回彈模量;結(jié)構(gòu)層厚度;影響分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.05.025

1　序言

在路面結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)中采用水泥穩(wěn)定碎石、（石灰+粉煤灰）穩(wěn)定碎石等半剛性材料較為普遍，基層的厚度及材料選擇是設(shè)計(jì)工作中的關(guān)鍵，關(guān)系到抵抗軸載、抗凍及水文等技術(shù)原理，設(shè)計(jì)驗(yàn)算過程中采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性理論，根據(jù)各層的回彈模量計(jì)算結(jié)構(gòu)層厚度，因此，提出在施工環(huán)節(jié)通過改進(jìn)試驗(yàn)方法提高路面基層的密度，可對(duì)路面結(jié)構(gòu)層在車輛荷載作用下的受力狀態(tài)產(chǎn)生積極的影響。

2　我國(guó)《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》[1](JTJ 034—2000)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

2)當(dāng)級(jí)配碎石用做二級(jí)和二級(jí)以下公路的基層時(shí)，最大粒徑可控制在37.5mm以內(nèi)，用做高速公路和一級(jí)公路基層及半剛性路面的中間層時(shí)，最大粒徑宜控制在31.5mm以下。

3)基層混合料最大干密度的確定采用《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程》[2](JTGE51—2009)之規(guī)定，使用徑高150cm150cm的擊實(shí)桶即容積2177cm3，擊實(shí)錘重4.5kg,每層擊實(shí)98次，分3層重型擊實(shí)成為試件，通過7d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)生（室內(nèi)溫度20℃、濕度90%以上）；7d的無側(cè)限強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)規(guī)定見表1所列。

表1　無側(cè)限強(qiáng)度技術(shù)指標(biāo)

4）施工時(shí)使用12t以上的三輪壓路機(jī)碾壓，每層的壓實(shí)厚度不超過15～18cm；用重型振動(dòng)壓路機(jī)和輪胎壓路機(jī)碾壓時(shí)，每層的壓實(shí)厚度可達(dá)20cm，壓實(shí)度要求根據(jù)層位及穩(wěn)定土粒徑規(guī)定如表2所列。

表2　層位及穩(wěn)定土粒徑規(guī)定

3　《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》和《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程》及公路存在的技術(shù)缺陷分析

1）水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性路面基層材料，使用的是無側(cè)限抗壓強(qiáng)度，采用多粒徑的連續(xù)級(jí)配與增大粗集料粒徑可提高板體強(qiáng)度，由于高速機(jī)一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，故半剛性基層設(shè)計(jì)較厚，加上機(jī)械化水平（大噸位、高頻率大振幅）及性能非常優(yōu)越，可以滿足壓實(shí)要求，所以，應(yīng)增加1個(gè)粒徑檔次。

2）二級(jí)公路由于交通渠化及混合運(yùn)行的復(fù)雜性，車輛的起步、剎車、掉頭幾率較大，基層及面層更容易產(chǎn)生彎拉應(yīng)力，因此；基于保證半剛性基層的強(qiáng)度、耐久性與經(jīng)濟(jì)性，更不能夠減小組成級(jí)配設(shè)計(jì)的最大骨料粒徑及其強(qiáng)度指標(biāo)。

3）結(jié)合《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E40—2007）[3]及《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》[3]之規(guī)定，目前,我國(guó)大部分技術(shù)行業(yè)，半剛性基層材料的最大密度及強(qiáng)度試驗(yàn)依然執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)方法，該方法的最大弊病是不能夠模擬路面基層抵抗車輪荷載的實(shí)際受力狀態(tài)，具有一定的理論局限性及失真性，因此，值得研究與改進(jìn)。

4）《施工技術(shù)規(guī)范》要求的干剛性材料強(qiáng)度范圍太寬，尤其是高速及一級(jí)公路的基層強(qiáng)度規(guī)定3～5MPa，該規(guī)定應(yīng)根據(jù)軸載的作用次數(shù)予以具體的更具有技術(shù)嚴(yán)肅性。

醫(yī)學(xué)生培養(yǎng)要與國(guó)家執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試接軌已成為醫(yī)學(xué)教育工作者的共識(shí)[1]，為了更好地培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生，服務(wù)于我國(guó)的醫(yī)療事業(yè)，我們國(guó)家近幾年進(jìn)行了執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試改革。執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試改革前，醫(yī)學(xué)生在本科畢業(yè)至少滿一年后才能報(bào)考，自從近幾年進(jìn)行執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試改革后，執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試分為兩個(gè)階段，第一階段是在校生實(shí)習(xí)之前，另一階段是畢業(yè)工作一年后。這兩個(gè)階段均包括技能和理論考試。理論考試采用計(jì)算機(jī)答題，考試難度有所增加，主要體現(xiàn)在出題思路的轉(zhuǎn)變上，以前主要考查學(xué)生的記憶能力，改革后則更注重考查知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用能力，尤其是與臨床密切相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，是第一階段考查的重點(diǎn)[2-3]。

按照《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求的中粒土和巨粒土控制水泥劑量為3%、4%、5%、6%、7%規(guī)定，在水泥質(zhì)量與骨料級(jí)配合理的情況下，實(shí)際使用強(qiáng)度32.5MPa的水泥與4%～6%的水泥劑量完全可以達(dá)到5.0MPa甚至更高，關(guān)鍵是保證粗骨料的粒徑與級(jí)配范圍得到充分利用。

5）壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)問題：《公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范》要求的二級(jí)和二級(jí)以下的壓實(shí)度規(guī)定偏低，因?yàn)槎?jí)和二級(jí)以下的公路承受汽車軸載的作用更為顯著，工程實(shí)踐證明，二級(jí)和二級(jí)以下的公路更容易產(chǎn)生車轍、擁包、開裂、彎沉值過大及過早發(fā)生疲勞破壞，因此，必須通過提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)來增大基層回彈模量和板體強(qiáng)度，以保證路面結(jié)構(gòu)層的使用耐久性。

4　提高壓實(shí)度的技術(shù)研究與應(yīng)用分析

據(jù)目前技術(shù)慣例，在進(jìn)行半剛性基層（最大密度與無側(cè)限抗壓強(qiáng)度）試驗(yàn)過程中結(jié)合《公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程》及《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》技術(shù)原理，試驗(yàn)成型時(shí)改用GTM試驗(yàn)方法取代標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)試驗(yàn)法，使混合料密度與強(qiáng)度進(jìn)一步提高，相對(duì)提高了壓實(shí)度。該試驗(yàn)方法有以下技術(shù)特點(diǎn)與先進(jìn)性：

1）利用應(yīng)力、應(yīng)變?cè)碓O(shè)計(jì)混合料的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)，使之剪切強(qiáng)度大于其所受的剪切應(yīng)力并控制在滿足要求的范圍內(nèi)，在重載交通條件下出現(xiàn)車轍、擁包、推移等質(zhì)量通病，能夠最大限度的模擬汽車荷載作用在路面上的力學(xué)狀態(tài)。

2）通過設(shè)定平衡狀態(tài)、轉(zhuǎn)數(shù)、試件高度、試件密度等4種形式控制試驗(yàn)過程，平衡狀態(tài)指GTM試驗(yàn)機(jī)每旋轉(zhuǎn)100r時(shí)混合料的應(yīng)變很小，抗剪切強(qiáng)度高，該試驗(yàn)得出的混合料最大密度比較科學(xué)與準(zhǔn)確。

3）控制剪切安全系數(shù)GS，F(xiàn)：即瀝青混合料的剪切強(qiáng)度Sg與最大剪應(yīng)力max的比值，GS，F(xiàn)應(yīng)大于1.0，在混合料壓實(shí)試驗(yàn)過程中；GTM法可以測(cè)出混合料的剪切強(qiáng)度，即混合料內(nèi)部對(duì)所加荷載的抵抗力，是由混合料的特性決定的。

4）混合料的密度：指GTM法在平衡狀態(tài)條件下試驗(yàn)完成的混合料密度，此時(shí)可視為混合料不在發(fā)生塑性變形的密度。該密度是用以控制施工壓實(shí)度的質(zhì)量依據(jù)。

5　路面基層壓實(shí)度對(duì)回彈模量及路面結(jié)構(gòu)層厚度的影響分析[4，5]

根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)》[4](JTG D50—2006)之規(guī)定，由設(shè)計(jì)年限累計(jì)交通量、確定路面設(shè)計(jì)彎沉值為依據(jù)進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算，計(jì)算原理采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系為理論依據(jù)，同時(shí)，要求輪間隙中心路表的實(shí)際彎沉不大于路面的設(shè)計(jì)彎沉，即LsLd,實(shí)際彎沉值計(jì)算見圖1所示。

1）路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)厚度取決于半剛性基層材料的板體回彈模量，在瀝青面層厚度及路基回彈模量一定的情況下，基層材料的回彈模量越高則相對(duì)設(shè)計(jì)厚度可減小，即節(jié)省了工程造價(jià)，或不減小厚度的情況下可提高路面結(jié)構(gòu)層的整體強(qiáng)度，設(shè)計(jì)參考值如表3所列。

圖1　路表彎沉計(jì)算圖示

表3　提高路面結(jié)構(gòu)層的整體強(qiáng)度設(shè)計(jì)參考值

2)半剛性材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與回彈模量的換算關(guān)系

根據(jù)大量的室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，半剛性材料的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度與回彈模量存在正比例線性函數(shù)換算關(guān)系，在保證率85%的條件下，回彈模量E=236P+1000,

式中，E為半剛性材料的回彈模量，MPa；P為半剛性材料的室內(nèi)無側(cè)限強(qiáng)度，MPa。

3）路面基層回彈模量對(duì)路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算厚度的影響分析通過半剛性材料的回彈模量對(duì)比根據(jù)當(dāng)量元等效半徑原理，可演變成為以下（見圖2）的3層計(jì)算體系。根據(jù)計(jì)算公式可知；當(dāng)E2提高了回彈模量的條件下，待求得的路面厚度H相對(duì)減小，最大限度地降低了路面結(jié)構(gòu)層的設(shè)計(jì)厚度而經(jīng)濟(jì)。

圖2　多層體系的路面結(jié)構(gòu)層計(jì)算模式

6　結(jié)語

通過采用GTM法進(jìn)行路面基層材料的密度試驗(yàn)，相對(duì)提高了路面基層的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)未改變質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，由于基層材料的回彈模量也相對(duì)提高可減少設(shè)計(jì)厚度，同時(shí),對(duì)保證路面結(jié)構(gòu)層在汽車軸載的作用下，減少路面車轍、裂縫、疲勞破壞及發(fā)揮耐久性具有技術(shù)意義與經(jīng)濟(jì)意義。

【1】JTJ034—2000公路路面基層施工技術(shù)規(guī)范[S].

【2】JTGE51—2009公路工程無機(jī)結(jié)合料試驗(yàn)規(guī)程[S].

【3】JTGE40—2007公路土工試驗(yàn)規(guī)程[S].

【4】JTGD50—2006公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【5】JTJF80/1—2004公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].

The Thickness Influence Analysis of Improving the Pavement Base Compaction Layer Thickness on the Modulus of Resilience and Structure

CHEN Jun-qian
(The Road Transportation Management of Guan County,Guan 065500,China)

The author analysis and summaries the Mechanical characteristics of pavement base in this paper through the engineering practice and design principle.through the technology It can improve the degree of compaction at the grass-roots level and reduce the allowed deflection value,the wheel load resistance of flexural tensile ability to a large degree,and At the same time it can prolong the dynamic stability of the new roads and use durability

primary compaction；degree of rebound；modulus of structure layer thickness；impact analysis

U416

A

1007-9467（2016）05-0096-03

陳俊仟（1978～），男，河北固安人，工程師，從事道路與橋梁研究，（電子信箱）940168391@qq.com。

2015-11-04